La ciencia y tecnología en nuestra vida diaria. Una breve introducción (Parte II)

En mi primera entrega traté sobre descubrimientos científicos y tecnológicos —hechos desde los albores de la humanidad— que han mejorado la vida de nuestra especie. En esta segunda parte, continuaré relatando acerca de innovaciones que utilizamos día a día. Contaré de invenciones producto de la curiosidad humana. Creaciones hechas accidentalmente o descubiertas por científicos que buscan soluciones a problemas reales.

Hace pocas décadas, en Costa Rica únicamente se conseguían manzanas y uvas para la época de Navidad. Hoy podemos consumirlas para la merienda, aun cuando no sea época de cosecha en los países que las producen. ¿Se ha preguntado cómo es que ahora podemos disfrutar de frutas “exóticas” durante todo el año? Hoy tenemos acceso a frutas y verduras de todo el mundo. Si bien es cierto que el comercio internacional en la actualidad es mucho más ágil que antes, la respuesta más certera está en un importante desarrollo tecnológico conocido como “atmósferas modificadas MAP y atmósferas controladas CA”.

Estas tecnologías no se atribuyen a un único inventor. Se desarrollaron gradualmente desde 1920 en instituciones de investigación de varios países. Científicos estudiaron el metabolismo de frutas y vegetales luego de la cosecha. Notaron que su tasa de respiración bajaba al modificar la composición de gases dentro del envase o la cámara de almacenamiento. Encontraron que, al reducir el oxígeno y aumentar el dióxido de carbono (en condiciones específicas según el tipo de fruta), su estabilidad aumenta y se mantienen las características nutricionales y de calidad. Esta tecnología se utiliza también en las bolsas de ensaladas precortadas, el empacado de carnes, pescados y panes, para extender su estabilidad y ayudar a reducir el desperdicio de alimentos. Como ventaja adicional se aprovecha mejor la producción agrícola reduciendo el desperdicio post-cosecha.

También en relación con la comida, un invento que cambió esencialmente la preparación de alimentos fue el horno de microondas. En 1945, Percy Spencer tuvo su momento eureka; descubrió por accidente el efecto de las microondas en los alimentos. Trabajaba con un magnetrón (el dispositivo que genera las microondas) en Raytheon Technologies Corporation. Luego de notar que las microondas habían derretido una barra de chocolate que llevaba en el bolsillo de su pantalón, experimentó con otros alimentos. Construyó una caja metálica para contener y concentrar las ondas. ¡Ese fue el primer horno de microondas!

Sin embargo, se reconoce Raytheon como una empresa dedicada a los sectores de defensa y aeroespacial; por sus sistemas de misiles, radares y otros métodos de vigilancia, y por soluciones de aviación y tecnología espacial. Así que no fue sino hasta 22 años más tarde, en 1967, que se lanzó el primer horno de microondas doméstico.

El uso del horno de microondas para preparar alimentos se debe a principios de física general y física cuántica. ¡No se asusten con el nombre!, se trata simplemente de las leyes de física que gobiernan átomos y partículas subatómicas. La mayoría de los alimentos contienen agua —la maravillosa molécula que es fundamental para la vida. La molécula de agua (H2O-2 ) es polar, o sea que tiene una distribución desigual de la carga eléctrica (el oxígeno es más electronegativo que los hidrógenos).

Las microondas son una forma de radiación electromagnética que, al atravesar un alimento, genera que los dipolos del agua roten rápidamente (¡billones de veces por segundo!). La interacción de las microondas con las moléculas del agua implica la absorción de energía de los fotones de microondas, mediada por procesos cuánticos. El rápido movimiento rotatorio de las moléculas de agua genera fricción, por lo que se produce calor. Éste se transfiere a las otras moléculas del alimento, calentándolo más rápido que un horno convencional.

En el mismo campo de las innovaciones en la preparación de alimentos, hoy contamos con materiales novedosos e interesantísimos. Cuando deseamos cocinar un huevo frito con poca grasa, lo hacemos en una sartén recubierta de un material antiadherente llamado teflón (politetrafluoroetileno o PTFE). El teflón también se descubrió por accidente, cuando el químico Roy Plunket intentaba hacer un refrigerante para la empresa norteamericana DuPont en 1938. Pero no fue sino hasta 17años más tarde, en 1945, que se patentó como un material que soporta temperaturas muy altas sin degradarse. Su superficie es muy resbaladiza, por lo que es un magnífico antiadherente. Además, es un excelente aislante eléctrico, resistente a muchos productos químicos. Por sus cualidades, el uso del teflón se ha extendido a las industrias aeroespacial, automotriz, médica y textil.

La resistencia al calor de los recipientes de vidrio “Pyrex” nos resulta muy conocida. Cuando horneamos pasteles, lo hacemos sin preocuparnos de que el vidrio vaya a reventar. Pero Eugene Sullivan y William Taylor, de la empresa Corning Glass Works, desarrollaron el vidrio borosilicato en 1915 como una solución para implementos utilizados en la industria y los laboratorios.

El vidrio borosilicato se diferencia del vidrio común por la adición de óxido de boro al silicato de sodio y al calcio. Ello le da una alta resistencia al calor, baja expansión térmica y elevada repulsa química. Sus aplicaciones industriales incluyen el uso en instrumentos ópticos, componentes de telescopios y equipos de laboratorio. Se utiliza también en revestimientos para cables y componentes de naves espaciales, debido a su resistencia al calor. Además, por su durabilidad y rendimiento a altas temperaturas, se convirtió rápidamente en un material popular para uso en la cocina.

El vidrio, cuyos orígenes datan de 3,500 A.C. en Mesopotamia y Egipto, mantiene en la actualidad maravillosas aplicaciones. La fibra óptica desarrollada en la década de 1970, está constituida por fibras de vidrio de sílice y nadie duda de su impacto en las comunicaciones.

Otro descubrimiento de mediados del siglo XX fue el Velcro (acrónimo del francés velours crochet, crochet de terciopelo). En 1941, el ingeniero suizo Georges de Mestral observaba la naturaleza mientras caminaba por el campo. Notó cómo las semillas de bardana, una hierba medicinal, se adherían a su ropa y al pelaje de su perro (similar a lo que ocurre en nuestro medio con el mozote). Examinó las semillas en un microscopio y encontró que tenían pequeños ganchos que se engarzaban en los bucles del tejido. Se le ocurrió entonces fabricar un cierre de gancho y bucle.

Este invento evidencia cómo la observación, la experimentación y el análisis son la base del pensamiento científico. El Velcro se utiliza ampliamente en la industria textil y de calzado; también en equipo deportivo y médico ortopédico; en ropas adaptativas para personas con discapacidades o con movilidad reducida. La NASA lo utiliza en sus naves espaciales, para asegurar herramientas y equipos de manera eficiente.

La innovación en materiales con múltiples aplicaciones ha sido muy vasta en años recientes. Esta área del desarrollo tecnológico seguirá asombrándonos. Conoceremos y avanzaremos en la creación de materiales inteligentes, nanomateriales, elementos superconductores, componentes biodegradables, entre muchos más.

Actualmente es inconcebible no contar con un teléfono celular. Para unos pocos es únicamente un medio para comunicarse con familiares y amigos. Para muchos más es parte de su negocio (¡es su oficina!). Pero para la gran mayoría de las personas es un medio de información instantánea de noticias; es sala de juegos, guardería o hasta casino; es red o telaraña social; es cámara fotográfica o de video. Incluso me atrevería a asegurar que usted está leyendo esta columna desde su teléfono inteligente.

La telefonía constituye un fascinante viaje de la innovación. Fue apenas ayer que Alexander Graham Bell llamó a su asistente Thomas Watson, quien se encontraba en una habitación adyacente del número 5 de Exeter Place en Boston. Aquel 10 de marzo de 1876 Bell pronunció las palabras “¡Ahoy! Señor Watson, venga. Quiero verlo.” Desde ese momento hasta la aparición de los teléfonos inteligentes no ha pasado siquiera siglo y medio.

La patente de Graham Bell incluía un dispositivo que convertía las ondas sonoras en señales eléctricas, que se transmitían por medio de cables. A finales del siglo XIX, se instalaron las primeras redes telefónicas, con operadores manuales que conectaban las llamadas entre diferentes ubicaciones. Tuvieron que pasar casi 30 años para que aparecieran los primeros teléfonos de disco. En la década de los 1920s surgieron los teléfonos con dial rotatorio, que permitían a los usuarios marcar directamente sin necesidad de un operador. En Costa Rica no fue sino hasta mediados de los 1960s cuando el ICE introdujo ese tipo de teléfonos.

Noventa y siete años después de esa famosa llamada de Graham Bell, el 3 de abril de 1973, Martin Cooper, quien trabajaba para Motorola, realizó la primera llamada telefónica móvil. La hizo, con un prototipo que pesaba 1,1 kg., desde una esquina en la Sexta Avenida de Nueva York. Martin Cooper, un ingeniero estadounidense, se reconoce como el padre de la telefonía móvil y ha contribuido significativamente al avance de las comunicaciones inalámbricas.

Una década más tarde, en 1984, la misma empresa lanzó el primer teléfono móvil. Era grande y pesado, con forma de ladrillo y una antena extensible. Aquellos “ladrillos” fueron los teléfonos móviles de primera generación (1G). Los años 90s marcaron la transición de la voz analógica a la digital, con los teléfonos de segunda generación (2G). Permitían el envío de mensajes de texto y mejoró la calidad de la voz.

A inicios del presente siglo se introdujeron los teléfonos 3G. Ofrecían mejor calidad de transmisión, tanto en velocidad como en capacidad. Se habilitaron los servicios de videollamadas, transmisión de vídeos y el acceso a internet móvil. Después de la tecnología 3G, se han desplegado las 4G y 5G, con capacidades de conectividad acrecentadas exponencialmente. Y ya se anuncia que la tecnología 6G ha iniciado su fase de desarrollo e investigación. Emociona imaginarse qué novedades nos traerá.

Podemos ver que una vez que se ha descubierto y experimentado algún nuevo producto, se requieren años de estudios y ensayos para perfeccionarlo. Asimismo, el proceso de patentar una innovación requiere amplia documentación y análisis. Las patentes protegen la propiedad intelectual (del investigador, el centro de investigación o la empresa). De tal manera pueden obtenerse réditos económicos a partir de una idea brillante, no sólo para comercializar un producto de utilidad, sino para poder invertir en el desarrollo de nuevos productos.

Mi próxima entrega será la tercera y última parte de esta introducción. Comentaré sobre los grandes avances que se han generado desde la invención del internet y revisaré las tendencias mundiales en I+D+I (investigación, desarrollo e innovación). Es importante que conozcamos dónde están las zonas geográficas (“clusters”) con alta densidad de investigadores y qué países lideran los desarrollos en ciencia y tecnología. A lo largo de mis artículos, veremos el posicionamiento de nuestro país y los retos que tenemos por delante.

Nota aclaratoria: la autora no representa ni tiene relación alguna con las empresas mencionadas en este artículo. Sus nombres se han presentado por razones históricas, en el contexto del desarrollo de la ciencia y tecnología mundial.